Каналин В.Г., Вагин С.Б. Нефтегазопромысловая геология

Подождите немного. Документ загружается.

При упруго-водонапорном режиме нефть, газ и вода, которые

отбираются из пласта, замещаются водой, поступающей за счет

расширения сжатой в водонапорном комплексе воды и частично

породы, вследствие падения давления в области эксплуатационных

скважин. Упруго-водонапорный режим проявляется в различных

гидрогеологических условиях. Им могут обладать залежи,

приуроченные к природным водонапорным системам инфильтра-

ционного типа с холмистыми и равнинными зонами создания напора,

имеющие слабую гидродинамическую связь с областью питания

вследствие большой удаленности от нее. Этот режим проявляется

при небольших скоростях естественного подземного потока и

небольших гидравлических уклонах. Существенное значение имеют и

размеры залежи. При больших размерах залежей и невысокой

проницаемости коллекторов, а также при изолированности залежей от

водоносной части пласта основной формой энергии будут упругие

свойства флюидов и породы.

Химический состав и минерализация вод могут быть различными.

Однако обычно преобладают высокоминерализованные воды

(рассолы) хлоридно-кальциевого типа. Упруго-водонапорный режим

характерен для залежей, приуроченных, например, к геостатическим

вырождающимся ГГДС с пластовыми давлениями, близкими к

условным гидростатическим. В элизионных геостатических

развивающихся ГГДС со сверхгидростатическими давлениями в

процессе разработки залежей отмечается быстрое снижение плас-

товых давлений, но все же при этом обеспечиваются более высокий

коэффициент извлечения нефти и более интенсивный темп

разработки (М.М.Иванова, Л.Ф.Дементьев, И.П.Чоловский, 1992).

При газовых режимах воды неподвижны и отбор нефти и газа, а

частично и попутных вод происходит за счет расширения газа.

Газовые режимы характерны для залежей, содержащих

растворенный, свободный и окклюдированный газ в нефти,

приуроченных к водонапорным комплексам небольших размеров и

характеризующихся небольшими скоростями подземного потока.

При отсутствии значительного количества газа и изолированности

от воды в залежи нефти возможен гравитационный режим. Основным

источником энергии, продвигающим нефть к забоям скважин,

является действие силы тяжести.

Таким образом, для прогноза возможных режимов нефтегазо-

водоносных пластов по гидрогеологическим данным необходимо

изучение типа и строения водонапорных систем, а также взаимосвязи

их в нефтегазоносном бассейне. Существенное значение имеют

определение наличия или отсутствия тектонических нарушений,

разделяющих залежи на блоки, установление гидравлической связи

этих частей залежи с законтурной зоной. Важное

-249 -

значение имеет определение положения зон создания напора и

очагов разгрузки, гидрохимической характеристики пластовых вод,

гидродинамических градиентов и т.гг; Все эти данные могут лечь в

основу прогнозирования режимов залежей.

10.5. Использование гидрогеологических данных для проектирования

разработки нефтяных и газовых месторождений

При проектировании разработки гидрогеологические данные

позволяют уточнить энергетические характеристики нефтегазовых

залежей, наличие или отсутствие гидравлической сообщаемое™

продуктивных горизонтов между собой, определить влияние

разработки залежи на соседние месторождения, приуроченные к

единой водонапорной системе и т.п.

При проектировании разработки существенное значение имеет

установление гидродинамической связи залежей нефти и газа с

законтурной водоносной зоной, так как эти условия в ряде случаев

определяют выбор методов воздействия на пласт и технологию

разработки залежей углеводородов.

Имеются многочисленные примеры, когда залежи изолированы от

пластовых вод кальцитовым цементом и битумом. Толщина

битуминизированной зоны может достигать нескольких метров, но

может составлять и сотни метров. Такой слой битума и является

экраном, запечатывающим залежь от водоносной части коллекторов.

Подобное явление отмечено в залежах, приуроченных к карбонатным

коллекторам Куйбышевского Поволжья, к рифоген-ным карбонатным

массивам артинского возраста в Предуральском краевом прогибе, в

турнейских породах Большекинельского вала в Оренбургской

области, в залежах с песчаными коллекторами в Азербайджане и в

ряде других районов.

В начальный период разработки связь таких залежей с законтурной

зоной крайне незначительна и она начинает проявляться лишь при

очень больших перепадах давления. Изучение гидродинамической

связи залежей нефти необходимо и на стадии проектирования и в

последующем в процессе разработки. Об изолированности или

взаимосвязи залежей и пластовых вод можно судить, анализируя

динамику пластового давления в эксплуатационных и

пьезометрических скважинах (метод гидропрослушивания). Такие

исследования были проведены Ю.П.Гаттенбергером и В.П.Дьяко-

новым в 1963-1965 гг. в начале освоения нефтяных месторождений

Западной Сибири. Так, на Мегионском месторождении по

-250

Рис.62. Выявление гидродинамической связи пластов в разрезе

месторождения (кривая изменения устьевого давления в скв.62

пласта BCi от пуска и остановки скв.80 пласта БС2+з Усть-Бапыкского

месторождения), по Ю.П. Гаттенбергеру, В.П. Дьяконову: 1 - пуск в

эксплуатацию скв.80, 2 - остановка скв.80

пласту БВа исследовались три пары скважин, расположенных на

западном и восточном крыльях структуры. Импульс давления соз-

давался последовательным пуском и остановкой трех нефтяных

скважин. Для улавливания импульса были оборудованы две закон-

турные пьезометрические скважины. Давления в них регистри-

ровались с помощью устьевых дифференциальных манометров.

Было установлено, что импульс давления регистрируется через 4-5

сут. при расстоянии между скважинами 1,7-2,3 км. Гидропрослу-

шивание показало, что при прохождении волн давления через об-

ласть водонефтяного контакта каких-либо аномальных отклонений не

происходит, т.е. нефтяная и водяная зоны пласта БВа гидро-

динамически связаны между собой. Аналогичные исследования были

проведены и по другим месторождениям Западной Сибири и были

затем учтены в соответствующих проектах разработки.

Метод гидропрослушивания наряду с использованием данных о

химическом и газовом составах вод, может с успехом применяться и

для выявления сообщаемости различных пластов в вертикальном

разрезе единого месторождения. Те же исследователи

(Ю.П.Гаттенбергер, В.П.Дьяконов, 1964) во время опытной

эксплуатации Усть-Балыкского месторождения в Западной Сибири

установили гидродинамическую связь между пластами БС-| и

БСз+з, хотя никаких признаков литологических окон в глинистых

породах раздела между ними до этого не было обнаружено.

Гидропрослушивание было проведено в центральной части мес-

торождения между двумя скважинами (рис.62), вскрывшими -

-251

О 4320 S6W 1Z960

23QW

150

WJr

SO 2

96000 40920

44640 <,С

пласт БС") (скв.62) и - пласт БСз+з (скв.80). 8 скв.80, вскрывшей пласт

БСз+з, создавали импульс давления - скважину пускали в

эксплуатацию, а затем закрывали. Между двумя скважинами уста-

новлено четкое взаимодействие, зафиксированное понижением, а

затем ростом давления. Факт наличия гидравлической взаимосвязи

пластов Усть-Балыкского месторождения подтвердился позже в

процессе промышленной разработки.

Важность выявления гидравлической связи между

продуктивными горизонтами газоконденсатных месторождений,

приуроченных к единой водонапорной системе, подтверждается

исследованиями В.В.Савченко (1994), проведенными на Северном

Кавказе. Так, на Ленинградском газоконденсатном месторождении при

анализе разработки залежей отдельных эксплуатационных объектов

установлена их взаимосвязь не только в газонасыщенной части

пласта, но и за ее пределами.

Следствием такой взаимосвязи являются расширение залежей, не

введенных в разработку, снижение в них пластового давления,

возможность прорыва газа расширяющейся залежи в

водонасыщенную часть, уход газа в вышележащие горизонты. Таким

образом, неучет факта взаимодействия продуктивных горизонтов

может значительно осложнить разработку газовых месторождений и

привести к снижению конечной газоотдачи.

Для проектирования разработки большое значение

приобретает оценка энергетических возможностей того или иного

режима. Ввиду того, что упругая стадия проявляется при всех

режимах, существенное значение имеет определение упругого запаса

жидкости в пласте. Под упругим запасом жидкости в пласте

понимается количество жидкости, которое извлекается из пласта при

снижении давления за счет объемной упругости самого пласта.

Упругий запас характеризует потенциальные возможности добычи

жидкости из пласта при заданном снижении давления. Упругий запас

жидкости в пласте определяется по формуле, предложенной

В.Н.Щелкачевым:

Д^з=('"Ак+А;)^л^

где: ДЕз - упругий запас жидкости внутри объема пласта VQ при

снижении давления на величину Ар, м

; т - пористость пласта;/?ж -

коэффициент сжимаемости жидкости, МПа-

; Д; -

коэффициент сжимаемости породы, МПа-

; Ар - заданное изменение

пластового давления, МПа.

-252 -

Величина коэффициента сжимаемости пластовых вод заключена

в пределах от 2,7-10-5 до 5,0-10-5 МПа-

, но при значительной

газонасыщенности она может в несколько раз увеличиваться.

Объем пласта, в котором снижается давление, может быть найден

по данным пьезометрических скважин, удаленных на различные

расстояния от разрабатываемой залежи. Материалы по замерам

уровней в пьезометрических скважинах позволяют оценить величину

радиуса воронки депрессии, в пределах которой определяется объем

пласта VQ , и среднее снижение пластового

давления &р.

Данные об упругом запасе можно использовать для прогноза

процесса разработки залежи и определения мер воздействия на

пласт.

Большое значение имеют гидрогеологические материалы для

вычисления коэффициента возмещения (KB}, предложенного А.Л.

Козловым и Е.М. Минским. Этот коэффициент также характеризует

режимы нефтегазоносных пластов. Его вычисляют по формуле:

^- W

КВ=

где V\ - объем жидкости, поступающей в депрессионную зону в

результате перепада давления между скважиной (или группой

скважин), эксплуатирующей пласт, и контуром питания; ^ "

упругий запас жидкости в пласте, м ; Qy^ - извлекаемый объем

жидкости и газа, м .

Величину l^i определяют исходя из заданного перепада

давления между скважиной (группой скважин) и контуром питания

пласта и значения заданного радиуса воронки депрессии по формуле

Дарси. Для ее вычисления необходимо знать проницаемость

коллектора, вязкость воды в пласте и пластовое давление (или

приведенный статический уровень) на внешнем контуре воронки

депрессии (условном контуре питания). Упругий запас жидкости в

пласте ^ рассчитывают по формуле

В.Н.Щелкачева. Теоретически величина KB может колебаться от

единицы при жестко-водонапорном режиме до нуля при газовом

режиме. При значениях KB меньших единицы, но больших нуля, воды

могут поступать в залежь и за счет подземного потока и за счет

упругих сил, т.е. может быть упруго-водонапорный режим или

смешанные формы водонапорного и упругого режимов.

-253 -

Таким образом, KB рассчитывают с использованием

гидрогеологических материалов и прежде всего карт гидроизопьез

(гидроизобар) и учитывают при характеристике режима и составлении

проекта разработки.

Многолетний опыт разработки групп месторождений

свидетельствует о наличии взаимосвязи залежей нефти и газа, даже

находящихся на значительном расстоянии друг от друга. Поэтому

актуальным стало рассмотрение условий разработки групп нефтяных

и особенно газовых месторождений как единого целого. Такие

исследования проводились в Краснодарском крае, в Западном

Узбекистане и других районах.

При комплексном проектировании разработки групп

месторождений роль гидрогеологических исследований особенно

значительна.

Важной задачей гидрогеологических исследований в процессе

проектирования разработки залежей нефти является выбор водо-

источников для закачки воды в продуктивные горизонты в целях

поддержания пластового давления. Для закачки в нефтяные пласты

используют воду различных водоисточников (рек, озер, морей,

подземных водоносных горизонтов), воду, добываемую попутно с

нефтью из нефтяных пластов, а также сточную воду промышленных

производств. Проще и, казалось бы, дешевле использовать воду

речную или озерную. Однако это может привести к истощению водных

ресурсов, особенно в засушливых районах. Кроме того поверхностные

воды содержат большое количество взвешенных частиц,

растворенный кислород, а также сульфат-редуцирующие бактерии,

что может привести к сероводородному заражению и образованию

нерастворимых осадков. Поэтому сейчас широко используется

закачка вод из верхних водоносных горизонтов нефтегазовых

месторождений. Так, в Среднем Приобье на ряде месторождений

воду получают из альб-сеноманских отложений, которую затем

закачивают в продуктивные пласты неокома. Широко используются

попутные воды нефтяных промыслов и сточные воды промышленных

предприятий. Добыча попутной воды по мере эксплуатации

месторождения постоянно возрастает, поэтому использование

попутных вод в системах заводнения нефтяных месторождений

является перспективным направлением, так как способствует их

утилизации.

На проектной стадии при освоении нефтяного месторождения

целесообразно проводить предварительную оценку водоносных

горизонтов и их потенциальных возможностей как водоисточников.

Выбранные наиболее перспективные горизонты тщательно опробуют

и исследуют. С этой целью используют как ранее пробуренные, но не

давшие притоков нефти и газа, так и

-254 -

специальные скважины. В скважинах замеряют дебиты воды,

определяют величины статических уровней, фильтрационные

параметры, температуру, отбирают пробы воды для изучения

химического состава воды и водорастворенных газов,

подсчитывают эксплуатационные запасы водоносных горизонтов.

При выборе вод для закачки в продуктивные горизонты необходимо

учитывать, что закачиваемая вода любого происхождения

встречается с пластовой водой и вступает с ней во взаимодействие,

которое может привести к выпадению осадков и выделению газов. Это

необходимо учитывать при законтурном и внутри-контурном

заводнении. При полной идентичности химического состава вод, т.е.

химической совместимости, реакции между компонентами растворов

не идут. При химической несовместимости закачиваемых и пластовых

вод возможны следующие, наиболее характерные реакции. Например,

между сульфатом кальция закачиваемой воды (морской) и

карбонатом натрия пластовой воды: CaS04+Na2C03 -)

№2804+СаСОз^;между сульфатом магния закачиваемой воды

(морской) и хлоридом кальция пластовой воды: MgSC>4+CaCl2 -

>MgCl2+CaS04 ; между сульфатом натрия закачиваемой воды

(речной) и хлоридом кальция пластовой воды: Na2S04+CaCl2 -

>.2NaCl+CaS04

'; между растворенным молекулярным кислородом

закачиваемой воды (речной, морской и др.) и сероводородом

пластовой воды:

1/2Q2+H2S -».H20+S.

Эти реакции приводят к образованию осадков карбоната и

сульфата кальция, а также свободной серы, кольматирующих и

цементирующих поры, пустоты, трещины в породах, ухудшающих

фильтрационно-емкостные свойства продуктивных горизонтов.

При закачке воды внутрь контура нефтеносности большое значение

приобретают нефтевымывающие свойства вод, связанные с

поверхностной активностью вод на границе с нефтью.

При выборе водоисточников для заводнения необходимо учитывать

возможность сероводородного заражения. Сероводород может

образоваться в результате взаимодействия сульфатсо-держащих

закачиваемых вод (речных, озерных, морских) с нефтью при участии

бактерий, заносимых с закачиваемыми водами. В соответствии с

реакциями, рассмотренными в разд. 8.6, образуется сероводород,

вызывающий коррозию металла и цемента. Это явление наиболее

широко проявляется на нефтяных месторождениях с интенсивной

закачкой вод при значительном обводнении залежей и отмечен в

различных нефтедобывающих районах (Арланское, Ромашкинское,

Жетыбайское, Узеньское и другие месторождения). При обнаружении

сульфатредуцирующих

-255 -

бактерий в водах, предлагаемых для закачки в продуктивные пласты,

следует проводить их обработку - стерилизацию, чтобы избежать

образования сероводорода.

А. Р.Ахундовым сформулированы требования к качеству воды для

внутриконтурного заводнения нефтяных залежей Азербайджана,

которые могут учитываться при аналогичных работах и в других

районах. Они предусматривают, что закачиваемая вода должна:

обладать высокой нефтевымывающей способностью; по составу быть

стабильной ,при температуре пласта не давать осадка солей; по

составу быть близкой к пластовой; не иметь взвеси более 1 мг/л; не

содержать различных солей, способных выпадать в осадки; не

содержать глинистых частиц; не содержать нефти более 3-5 мг/л; не

обладать коррозионными свойствами.

Перечисленные основные требования к качеству воды

предусматривают изучение природных вод различных

водоисточников и изыскание необходимых методов обработки воды

для доведения их до требуемых кондиций.

10.6. Гидрогеологические данные и методы контроля разработки

нефтяных и газовых месторождений

Гидрогеологические данные, полученные в результате

опробования продуктивных и водоносных горизонтов, в процессе

разведки и освоения нефтяных и газовых месторождений могут быть

представлены в виде разрезов, профилей, карт и графиков. Для

построения гидрогеологического разреза используются наиболее

достоверные, типичные или средние анализы вод по отдельным

горизонтам, данные о статических уровнях, составе

водорастворенных газов, сведения о температуре и содержании

микрокомпонентов, а также вся информация о подземных водах в

виде различных коэффициентов, характеризующих специфические

особенности вод продуктивных пластов. В качестве примера приведен

гидрогеологический разрез Ярино-Каменоложского месторождения,

составленный И.Н.Шестовым (рис.63).

При существенном изменении состава вод по площади целесо-

образно построение гидрогеохимических карт для отдельных пластов.

Такие карты позволяют детально изучать изменения состава вод в

зависимости от геологического строения, особенно при наличии зон

выклинивания, стратиграфических несогласий, экранирующих

тектонических нарушений и т.п. Показательными

-256 -

?0 7

Рис.63. Гидрогеологический разрез Ярино-Каменноложского

месторождения (по И.Н. Шестову):

1 - известняки, 2 - доломиты; 3 - глины (аргиллиты); 4 - песчаники,

алевролиты; 5 -гипс, ангидрит; б - основные водоупоры; 7 - зоны

древнего карста

могут быть карты, построенные до начала разработки и

пополняющиеся данными, уже полученными в процессе эксплуатации.

Сопоставление таких карт дает возможность судить о характере

обводнения залежи в процессе разработки.

Каналин

-257-

Наряду с гидрогеологическим разрезом и гидрохимическими

картами целесообразно построение гидрохимических профилей,

особенно если месторождение имеет сложное строение. При

построении гидрогеологических профилей используют всю инфор-

мацию о составе подземных вод; сведения о минерализации, типах

вод и т.п. Такие гидрохимические профильные разрезы были

выполнены Г.М.Сухаревым (1956) для сложнопостроенных

нефтегазовых месторождений Терско-Сунженской области

(Октябрьского, Гора-Горского, Вознесенского).

Для наглядного изображения изменения состава вод, особенно в

процессе заводнения, используются различные графики,

составленные по материалам отдельных скважин, графики

зависимости между отдельными геохимическими параметрами,

предназначенными для выявления гидрогеохимических

показателей отдельных горизонтов, свит, пачек.

Вся геологическая и гидрогеологическая информация позволяет

составить геолого-гидрогеологическую модель месторождения,

которая уточняется в процессе освоения залежей. Исходя из знания

этой модели, по существу и составляется проект разработки и

определяется технология добычи нефти и газа конкретных залежей.

Важной задачей, при решении которой используются данные

нефтепромысловой гидрогеологии, является контроль за обводне-

нием скважин и залежей в процессе разработки. При определении

аварийных притоков вод в скважине сопоставляются данные о

составе вод, поступающих в скважину, с составом вод эксплуати-

руемых и вышележащих пластов. Различие в свойствах и составе

исследуемой воды и вод пластов, эксплуатируемых данной

скважиной, свидетельствует о наличии аварийного притока.

По сравнению с другими способами определения аварийных

притоков, таких как электрометрия, закачка изотопов и термометрия,

гидрохимический метод отличается невысокой стоимостью и

оперативностью.

Подобные исследования проводились на месторождениях Урало-

Поволжья В.И.Вищезеровым (1968). Так, на. месторождении Красный

Яр наблюдалось интенсивное обводнение скважин, ранее дававших

чистую нефть.

Часть исследователей считала это обводнение естественным,

происходящим в результате замещения нефти пластовыми водами.

Однако химические анализы попутной воды показали, что во многих

скважинах она значительно отличается от пластовой. Детальные

исследования подземных вод разреза отложений позволили

установить, что попутная вода является посторонней и проникает в

скважины через нарушения колонн вследствие

-258